• 全球LED智能路燈市場的發展現狀,你了解嗎?

    全球LED智能路燈市場的發展現狀,你了解嗎?

    你知道全球LED智能路燈市場的發展現狀嗎?據最新消息獲悉,TrendForce在最新調查中預測,未來全球LED智能路燈市場會進入快速發展階段。截止到2024年,將以8.2%的復合年增長率增長。 LED照明制造商,例如Signify、Acuity Brands、Zumtobel、Leotek(Lite-On Group的子公司)和Unilumin,均已發布了新的戶外智能照明產品和集成的智能照明解決方案,這可能會提高智能LED街道的普及率燈。但是,TrendForce指出,下游LED照明需求與整體經濟狀況高度相關。 分析師Christine Liu指出,各國政府都試圖通過財政政策、智慧城市建設和新的基礎設施投資來緩解COVID-19大流行對工業的影響。在政府的這些努力中,就規模而言,中國和北美的路邊基礎設施投資是最大的。美國人口普查局的數據顯示,截至2020年6月,美國政府已在路邊基礎設施上投資了429億美元。通過政府支出刺激經濟的努力有望帶動對室外LED路燈的需求增長。 在華為和騰訊的推動下,中國企業成為智能路燈發展的主要驅動力。 一般來說,智能燈桿具有六個基本功能:智能照明、信息發布、安全監控、環境檢測、充電站和小型5G基站。從模塊化LED燈到單個光控制器的智能照明產品是實現這六個功能的必要組件。TrendForce的智能路燈建設項目成本分析發現,規格最高的智能路燈桿的平均售價(ASP)為6997.90美元,其中2.6%來自智能照明設備,平均售價為182.5美元。 盡管中國是全球智能路燈發展的主要推動力,但大型城市級項目既昂貴又耗時,這主要是由于中國的土地面積龐大以及各個地方政府需求的巨大差異。此外,市政府通常傾向于將智能路燈項目外包給擁有足夠資源的私營公司,這些公司不一定精通智能路燈設備的設計和制造,因此必須與其他合作伙伴合作才能完成這些項目。 另一方面,由于智能路燈項目涉及物聯網和電信,因此LED照明制造商必須與主要的技術公司合作來執行這些項目。因此,具有強大資源整合能力的公司,例如華為和騰訊,有望在中國占據智能路燈項目的主要份額。 TrendForce相信,在智能路燈供應鏈中,如果下游面更廣,就會發現越來越多的商業機會。為了進入現有的供應鏈,LED照明制造商必須通過增強其服務系統的能力,精簡其LED照明產品組合以及提高整體服務質量,為現有競爭優勢增加更多價值。同時,政府需要制定有關智能路燈的透明標準,并制定全面的智能城市藍圖,以確保LED智能路燈行業的健康發展。以上就是全球LED智能路燈市場的發展現狀解析,希望能給大家幫助。

    時間:2020-10-21 關鍵詞: led智能路燈 trendforce 智能燈桿

  • 關于電磁兼容必須搞懂的幾件事,你了解嗎?

    關于電磁兼容必須搞懂的幾件事,你了解嗎?

    你了解電磁兼容必須搞懂的幾件事嗎?其實,往往在學習電磁兼容的過程中,不能忘記我們的初衷。所以,在學習之前,有些基本要點必須搞懂。下面給大家分享一下實用常識,能對各位工程師有所幫助! 1. 為什么要對產品做電磁兼容設計? 答:滿足產品功能要求、減少調試時間,使產品滿足電磁兼容標準的要求,使產品不會對系統中的其它設備產生電磁干擾。 2. 對產品做電磁兼容設計可以從哪幾個方面進行? 答:電路設計(包括器件選擇)、軟件設計、線路板設計、屏蔽結構、信號線/電源線濾波、電路的接地方式設計。 3. 在電磁兼容領域,為什么總是用分貝(dB)的單位描述? 答:因為要描述的幅度和頻率范圍都很寬,在圖形上用對數坐標更容易表示,而dB 就是用對數表示時的單位。 4. 為什么頻譜分析儀不能觀測靜電放電等瞬態干擾? 答:因為頻譜分析儀是一種窄帶掃頻接收機,它在某一時刻僅接收某個頻率范圍內的能量。而靜電放電等瞬態干擾是一種脈沖干擾,其頻譜范圍很寬,但時間很短,這樣頻譜分析儀在瞬態干擾發生時觀察到的僅是其總能量的一小部分,不能反映實際的干擾情況。 5. 在現場進行電磁干擾問題診斷時,往往需要使用近場探頭和頻譜分析儀,怎樣用同軸電纜制作一個簡易的近場探頭? 答:將同軸電纜的外層(屏蔽層)剝開,使芯線暴露出來,將芯線繞成一個直徑1~2 厘米小環(1~3匝),焊接在外層上。 6. 測量人體的生物磁信息是一種新的醫療診斷方法,這種生物磁的測量必須在磁場屏蔽室中進行,這個屏蔽室必須能屏蔽從靜磁場到1GHz 的交變電磁場,請提出這個屏蔽室的設計方案? 答:首先考慮屏蔽材料的選擇問題,由于要屏蔽頻率很低的磁場,因此要使用高導磁率的材料,比如坡莫合金。由于坡莫合金經過加工后,導磁率會降低,必須進行熱處理。因此,屏蔽室要作成拼裝式的,由板材拼裝而成。事先將各塊板材按照設計加工好,然后進行熱處理,運輸到現場,十分小心的進行安裝。每塊板材的結合處要重疊起來,以便形成連續的磁通路。這樣構成的屏蔽室能夠對低頻磁場有較好的屏蔽效能,但縫隙會產生高頻泄漏。為了彌補這個不足,在坡莫合金屏蔽室的外層用鋁板焊接成第二層屏蔽,對高頻電磁場起到屏蔽作用。 7. 設計屏蔽機箱時,根據哪些因素選擇屏蔽材料? 答:從電磁屏蔽的角度考慮,主要要考慮所屏蔽的電場波的種類。對于電場波、平面波或頻率較高的磁場波,一般金屬都可以滿足要求,對于低頻磁場波,要使用導磁率較高的材料。 8. 機箱的屏蔽效能除了受屏蔽材料的影響以外,還受什么因素的影響? 答:受兩個因素的影響,一是機箱上的導電不連續點,例如孔洞、縫隙等;另一個是穿過屏蔽箱的導線,如信號電纜、電源線等。 9. 屏蔽磁場輻射源時要注意什么問題? 答:由于磁場波的波阻抗很低,因此反射損耗很小,而主要靠吸收損耗達到屏蔽的目的。因此要選擇導磁率較高的屏蔽材料。另外,在做結構設計時,要使屏蔽層盡量遠離輻射源(以增加反射損耗),盡量避免孔洞、縫隙等靠近輻射源。 10. 在設計屏蔽結構時,有一個原則是:盡量使機箱內的電纜遠離縫隙和孔洞,為什么? 答:由于電纜近旁總是存在磁場,而磁場很容易從孔洞泄漏(與磁場的頻率無關)。因此,當電纜距離縫隙和孔洞很近時,就會發生磁場泄漏,降低總體屏蔽效能。以上就是電磁兼容必須搞懂的幾件事解析,希望能給大家幫助。

    時間:2020-10-21 關鍵詞: 線路板 瞬態干擾 電源線濾波

  • 消除電磁干擾的三大法寶,你知道嗎?

    消除電磁干擾的三大法寶,你知道嗎?

    你知道消除電磁干擾的三大法寶有哪些嗎?工程師們對于EMC在熟悉不過了,濾波電容器、共模電感、磁珠分別為消除電磁干擾的三大法寶。但是對于很多工程師而言,是通過什么怎么才能解除電磁干擾的還不是很明白,此文給大家在梳理一遍,希望通過此文能幫助到工程師們~ 01濾波電容 盡管從濾除高頻噪聲的角度看,電容的諧振是不希望的,但是電容的諧振并不是總是有害的。當要濾除的噪聲頻率確定時,可以通過調整電容的容量,使諧振點剛好落在騷擾頻率上。 在實際工程中,要濾除的電磁噪聲頻率往往高達數百MHz,甚至超過1GHz。對這樣高頻的電磁噪聲必須使用穿心電容才能有效地濾除。 普通電容之所以不能有效地濾除高頻噪聲,是因為兩個原因: 1、一個原因是電容引線電感造成電容諧振,對高頻信號呈現較大的阻抗,削弱了對高頻信號的旁路作用; 2、另一個原因是導線之間的寄生電容使高頻信號發生耦合,降低了濾波效果。 穿心電容之所以能有效地濾除高頻噪聲,是因為穿心電容不僅沒有引線電感造成電容諧振頻率過低的問題。而且穿心電容可以直接安裝在金屬面板上,利用金屬面板起到高頻隔離的作用。但是在使用穿心電容時,要注意的問題是安裝問題。 穿心電容最大的弱點是怕高溫和溫度沖擊,這在將穿心電容往金屬面板上焊接時造成很大困難。許多電容在焊接過程中發生損壞,特別是當需要將大量的穿心電容安裝在面板上時,只要有一個損壞,就很難修復,因為在將損壞的電容拆下時,會造成鄰近其它電容的損壞。 02共模電感 由于EMC所面臨解決問題大多是共模干擾,因此共模電感也是我們常用的有力元件之一。 共模電感是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件,它由兩個尺寸相同,匝數相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環形磁芯上,形成一個四端器件,要對于共模信號呈現出大電感具有抑制作用,而對于差模信號呈現出很小的漏電感幾乎不起作用。 原理是流過共模電流時磁環中的磁通相互疊加,從而具有相當大的電感量,對共模電流起到抑制作用,而當兩線圈流過差模電流時,磁環中的磁通相互抵消,幾乎沒有電感量,所以差模電流可以無衰減地通過。因此共模電感在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號,而對線路正常傳輸的差模信號無影響。 共模電感在制作時應滿足以下要求: 1、繞制在線圈磁芯上的導線要相互絕緣,以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發生擊穿短路; 2、當線圈流過瞬時大電流時,磁芯不要出現飽和; 3、線圈中的磁芯應與線圈絕緣,以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發生擊穿; 4、線圈應盡可能繞制單層,這樣做可減小線圈的寄生電容,增強線圈對瞬時過電壓的而授能力。 通常情況下,同時注意選擇所需濾波的頻段,共模阻抗越大越好,因此我們在選擇共模電感時需要看器件資料,主要根據阻抗頻率曲線選擇。另外選擇時注意考慮差模阻抗對信號的影響,主要關注差模阻抗,特別注意高速端口。 03磁珠 在產品數字電路EMC設計過程中,我們常常會使用到磁珠,鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金,這種材料具有很高的導磁率,他可以是電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產生的電容最小。 鐵氧體材料通常在高頻情況下應用,因為在低頻時他們主要程電感特性,使得線上的損耗很小。在高頻情況下,他們主要呈電抗特性比并且隨頻率改變。實際應用中,鐵氧體材料是作為射頻電路的高頻衰減器使用的。實際上,鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯,低頻下電阻被電感短路,高頻下電感阻抗變得相當高,以至于電流全部通過電阻。 鐵氧體是一個消耗裝置,高頻能量在上面轉化為熱能,這是由他的電阻特性決定的。鐵氧體磁珠與普通的電感相比具有更好的高頻濾波特性。鐵氧體在高頻時呈現電阻性,相當于品質因數很低的電感器,所以能在相當寬的頻率范圍內保持較高的阻抗,從而提高高頻濾波效能。 在低頻段,阻抗由電感的感抗構成,低頻時R很小,磁芯的磁導率較高,因此電感量較大,L起主要作用,電磁干擾被反射而受到抑制;并且這時磁芯的損耗較小,整個器件是一個低損耗、高Q特性的電感,這種電感容易造成諧振因此在低頻段,有時可能出現使用鐵氧體磁珠后干擾增強的現象。 在高頻段,阻抗由電阻成分構成,隨著頻率升高,磁芯的磁導率降低,導致電感的電感量減小,感抗成分減小。但是,這時磁芯的損耗增加,電阻成分增加,導致總的阻抗增加,當高頻信號通過鐵氧體時,電磁干擾被吸收并轉換成熱能的形式耗散掉。 鐵氧體抑制元件廣泛應用于印制電路板、電源線和數據線上。如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件,就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環或磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾,它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。使用片式磁珠還是片式電感主要還在于實際應用場合。 在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用片式磁珠是最佳的選擇。 片式磁珠和片式電感的應用場合: 片式電感:射頻(RF)和無線通訊,信息技術設備,雷達檢波器,汽車電子,蜂窩電話,尋呼機,音頻設備,個人數字助理(PDAs),無線遙控系統以及低壓供電模塊等。 片式磁珠:時鐘發生電路,模擬電路和數字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口,并口,鍵盤,鼠標,長途電信,本地局域網),射頻電路和易受干擾的邏輯設備之間,供電電路中濾除高頻傳導干擾,計算機,打印機,錄像機(VCRS),電視系統和手提電話中的EMI噪聲抑止。 磁珠的單位是歐姆,因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的DATASHEET上一般會提供頻率和阻抗的特性曲線圖,一般以100MHz為標準,比如是在100MHz頻率的時候磁珠的阻抗相當于1000歐姆。 針對我們所要濾波的頻段需要選取磁珠阻抗越大越好,通常情況下選取600歐姆阻抗以上的。另外選擇磁珠時需要注意磁珠的通流量,一般需要降額80%處理,用在電源電路時要考慮直流阻抗對壓降影響。以上就是消除電磁干擾的三大法寶解析,希望能給大家幫助。

    時間:2020-10-21 關鍵詞: 磁珠 共模電感 濾波電容器

  • 關于EMI屏蔽背后的的方方面面,你知道嗎?

    關于EMI屏蔽背后的的方方面面,你知道嗎?

    你了解EMI屏蔽嗎?它有什么作用?噪聲和輻射是電子工程師所研究的主要對象,也就是我們口中所說EMI的電磁屏蔽,究竟EMI屏蔽背后隱藏這怎樣的真面目? 干擾輻射的來源 麥克斯韋方程顯示,每當電流經流導體時,都會產生磁場,而磁場將會產生電場。電場和磁場的輻射特性被稱之為輻射發射。這些輻射發射將會在電路或整個印刷電路板(PCB)中引發一些問題。在理想電路之中,電路本身發射的信號只包括電流和電壓,而在現實世界中,噪音是繞不開的問題。當電路信號受到任何干擾時,就會發生這種情況。 由于電磁信號的性質,并不能避免噪聲的存在,但是可以大大降低其影響。需要注意的是,設備在運行時不會受到其他設備的影響,正如設備不會受到其他設備影響一樣,電磁敏感性是電路系統受到干擾仍然保持正常工作的能力。這種敏感性將取決于施加的噪聲水平,而不同的應用諸如車載、醫療、軍事等領域,擁有不同的程度磁化率。每個電路、設備或系統都必須經過適當的設計,盡可能減少輻射水平,來達到只對高水平的電磁場敏感。 EMC認證 電磁兼容性(EMC)認證是任何產品上市必須經過的步驟,每個產品都必須通過EMC測試,以確保安裝時不會影響任何其他設備(例如輻射測試),并且即使周圍存在其他系統(例如,敏感性測試)。 通常來說,電子設備都會安裝在外殼內,金屬外殼非常擅長限制電磁屏蔽,但相對來說并不完美。PCB和外殼之間的結合處會出現孔或槽,并且電磁場可以穿過它們,簡言之EMI屏蔽就是要覆蓋這些孔或槽。此外,許多產品設計中存在一個普遍問題:僅在設計周期的最新階段才去考慮EMC認證的問題,在此情況下,整體的設計就被凍結到了這個階段,EMC工程師并沒有空間去修改產品設計解決電磁相關的問題。因此,一整套的工具與生態,并無需再次修改PCB對于EMI屏蔽起著至關重要的作用。小型化和高效能一直以來是電子產品發展的全球趨勢,PCB具有越來越短的上升時間和越來越快的數字電路。上升時間越短,帶寬越大,而在此同時波長則會越小。當電路中波長與PCB的物理尺寸相當時,就會出現一定問題。如果這些波長足夠小,可能會到達外部并與其他設備產生干擾。 可以使用EMI屏蔽(即采用有助于覆蓋這些小孔并改善機械外殼的法拉第籠效應的磁性材料)封閉這些開口。 計算EMI屏蔽效果和趨膚深度 無數種的EMI屏蔽擁有不同的材料和形狀,但總的來說最終的目標都是限制電磁場。屏蔽元件充當阻擋電磁輻射的屏障,事實上,這種屏蔽方式的過程擁有巨大的衰減,這將取決于電磁波和屏蔽元件的材料。當波撞擊屏蔽材料時,會生成兩種新的波,包括反射波和透射波。因此,入射波的能量將分裂為這兩種波。所傳輸的組件是關鍵的相關組件,波將穿過屏蔽材料而到達外面。屏蔽的有效性將決定其衰減該分量的能力。趨膚深度是波在其幅度降低到1/e之前可以傳播的距離,該參數取決于材料磁導率,頻率和電阻率的因素,可通過以下表達式近似表示: 注:σ表示電導率,μ表示磁導率,F表示頻率 使用屏蔽材料的目的是在波通過后盡可能減小波的幅度。因此,選擇合適的材料類型及其厚度t是極其重要的,以確保系統的所有頻率都被衰減。屏蔽材料在此任務中的表現如何,取決于屏蔽效果(S.E),如下所示: 注:第一項代表反射損耗,第二項代表吸收損耗。 EMI屏蔽的類型 EMI屏蔽類型將很大程度上取決于產品的類型、電磁要求和環境條件。最常見的EMI屏蔽如下:-EMI墊片-EMI屏蔽膠帶-金屬夾-屏蔽柜EMI墊片EMI墊片用于覆蓋兩個機械表面間不規則但又存在的微孔,這些墊片還可用來改善接地連接。它們具有粘性部分和許多輪廓,因此可以輕松地安裝在不同類型的機械接頭之中。 EMI屏蔽膠帶 想要確保所有微孔都被蓋住,但對于像EMI墊片之類的選件并沒有太多垂直空間時,EMC膠帶就是首選了。這些膠帶的頂部具有高導電性的材料(例如鎳或銅),另一側具有粘合劑。 金屬夾 任何設備都需要短而寬且直連的接地線,如果這項連接做不好,將會形成不需要的單極子,這將會產生輻射電磁場。金屬夾改善了這種連接并加強了機械連接。屏蔽柜如CPU、存儲IC和射頻(RF)級之這類的干擾源來說,選擇PCB層上利用屏蔽柜單獨屏蔽是極佳的選擇。 結論:所有電路均會發出電磁輻射,并且容易被其他電路輻射。獲得將您的產品推向市場所需的認證可能是一個痛苦的測試過程。各種形式和類型的EMI屏蔽都是解決EMI問題的基礎。以上就是EMI屏蔽解析,希望能給大家幫助。

    時間:2020-10-21 關鍵詞: emi 電磁屏蔽 emi屏蔽

  • 關于EMC分析的五方面,你了解嗎?

    關于EMC分析的五方面,你了解嗎?

    什么是EMC分析?你知道嗎?在電磁兼容這方面,很多工程師還是比較頭疼的。因為考慮的因素較多,也會因為環境不同而改變。正因為難,工程師才要迎難而上才能看到最美的風景!為了給工程師排憂解難,本文將給工程師化難為易,還不去打探個究竟去! 面對一個設計,當進行一個產品和設計的EMC分析時,有以下5個重要屬性需考慮: 1. 關鍵器件尺寸:產生輻射的發射器件的物理尺寸。射頻(RF)電流將會產生電磁場,該電磁場會通過機殼泄漏而脫離機殼。PCB上的走線長度作為傳輸路徑對射頻電流具有直接的影響。 2.阻抗匹配:源和接收器的阻抗,以及兩者之間的傳輸阻抗。 3. 干擾信號的時間特性:這個問題是連續(周期信號)事件,還是僅僅存在于特定操作周期(例如單次事件可能是某次按鍵操作或者上電干擾,周期性的磁盤驅動操作或網絡突發傳輸)。 4. 干擾信號的強度:源能量級別有多強,并且它產生有害干擾的潛力有多大。 5. 干擾信號的頻率特性:使用頻譜儀進行波形觀察,觀察問題出現在頻譜的哪個位置,便于找到問題的所在。 另外,一些低頻電路的設計習慣需要注意。例如我慣用的單點接地對于低頻應用是非常適合的,但是和公司大牛聊天,發現不適合于射頻信號場合,因為射頻信號場合存在更多的EMI問題。相信有些工程師會將單點接地應用到所有產品設計中,而沒有認識到使用這種接地方法可能會產生更多或更復雜的電磁兼容問題。 我們還應該注意電路組件內的電流流向。由電路知識我們知道,電流從電壓高的地方流向低的地方,并且電流總是通過一條或更多條路徑在一個閉環電路中流動,因此有個很重要的規律:設計一個最小回路。針對那些測量到干擾電流的方向,通過修改PCB走線,使其不影響負載或敏感電路。那些要求從電源到負載的高阻抗路徑的應用,必須考慮返回電流可以流過的所有可能的路徑。 我們還需要注意PCB走線。導線或走線的阻抗包含電阻R和感抗,在高頻時有阻抗,沒有容抗。當走線頻率高于100kHz以上時,導線或走線變成了電感。在音頻以上工作的導線或走線可能成為射頻天線。在EMC的規范中,不容許導線或走線在某一特定頻率的λ/20以下工作(天線的設計長度等于某一特定頻率的λ/4或λ/2)。如果不小心設計成那樣,那么走線就變成了一根高效能的天線,這讓后期的調試變得更加棘手。 最后說說PCB的布局問題: 第一:要考慮PCB的尺寸大小。PCB的尺寸過大時,隨著走線的增長使系統抗干擾能力下降,成本增加,而尺寸過小容易引起散熱和互擾的問題。 第二:再確定特殊元件(如時鐘元件)的位置(時鐘走線最好周圍不鋪地和不走在關鍵信號線的上下,避免干擾)。 第三:依據電路功能,對PCB整體進行布局。在元器件布局上,相關的元器件盡量靠近,這樣可以獲得較好的抗干擾效果。以上就是EMC分析解析,希望能給大家幫助。

    時間:2020-10-21 關鍵詞: PCB rf emc

  • 半導體元器件容易失效的原因,離不開這五大原因

    半導體元器件容易失效的原因,離不開這五大原因

    伴隨著對芯片的使用環境要求的越來越苛刻,在產品的生命周期中還面臨很大的挑戰,但是隨著制造尺寸變小以及采用新的封裝技術時,又會有新的影響產生,也就直接導致了器件性能研發的失敗。 隨著科學技術的發展,尤其是電子技術的更新換代,對電子設備所用的元器件的質量要求越來越高,半導體器件的廣泛使用,其壽命經過性能退化,最終導致失效。 有很大一部分的電子元器件在極端溫度和惡劣環境下工作,造成不能正常工作,也有很大一部分元器件在研發的時候就止步于實驗室和晶圓廠里。除去人為使用不當、浪涌和靜電擊穿等等都是導致半導體器件的壽命縮短的原因,除此之外,有些運行正常的器件也受到損害,出現元器件退化。 半導體元器件失效原因不可勝數,主要存在于幾個方面: 1.元器件的設計 先進特征尺寸節點上,芯片老化是個日益嚴重的問題,但到目前為止,大多數設計團隊都沒有必要處理它。隨著新的可靠性要求在汽車等市場的提出,這些需要對影響老化的因素進行全面分析,這將發生重大變化。 人們通常都知道半導體器件會隨著時間的推移逐漸老化,但對于老化機制或導致芯片失效的制約因素卻毫不知情。此外,根據應用的不同,對器件的最短壽命有確定的要求。 對于消費類設備可能是2或3年,對于電信設備可能長達10年。鑒于老化過程復雜且通常難以完全預測,如今許多芯片設計經常采取冗余設計的方法,以確保足夠的余量來滿足可靠壽命工作的要求。 “ 以運算放大器為例,它是很多東西的基礎。運算放大器必須正確偏置,并且必須在過驅動電壓中留有一些余量。然后你必須確保留下足夠的余量,這樣隨著時間的推移,運算放大器的老化將保持在晶體管的飽和區域內。晶體管的過驅動余量正在縮小,因為7nm的電源電壓為750mV,閾值約為350mV,因此幾乎沒有任何空間來保留較大余量。隨著老化,閾值電壓可以偏移多達50mV。如果運算放大器偏置電路偏移50mV,它可能會從飽和區域變為線性區域或三極管區,晶體管會變為電阻器而不再具有增益。運算放大器的功能是提供增益,那時電路變得毫無用處。” 老化和可靠性是模擬設計師面臨的挑戰。今天的設計可能不會在明天運行,因為這些設計可能會發生降級,目前最重要的是必須確保滿足市場所有老化和可靠性的要求。 2.元器件的制造 半導體器件的制造涉及到測量僅幾納米的結構。作為參照,人類DNA鏈直徑為2.5nm,而人頭發直徑則為80,000至100,000nm。一粒塵埃可以摧毀晶圓片上的幾個裸片。 如果裸片的尺寸變大,隨機失效的可能性就會增加。對于成熟的工藝節點,產率可能在80%到90%之間。然而,對于較新的節點,產率可能大大低于50%,盡管實際數字是嚴格保密的。 “ 即使裸片沒有受到災難性的影響,也不能被認為是可操作的。制造步驟不完善,哪怕一個原子的工藝變化也會產生顯著的差異。雖然這可能不會對設計的某些部分產生影響,但如果工藝變化恰好與關鍵時序路徑吻合,則可能會使器件不符合規格。” 隨著設計逐漸演變成采用先進封裝的深亞微米技術,現有的仿真工具和設計方法無法很好地反映變化及其對可靠性的影響。這會導致設計流程出現漏洞,從而導致一些失敗。設計流程越來越多地允許在開發早期就考慮到變化,以最大限度地減少其影響,而冗余等設計技術可以減少需要丟棄的“幾乎可以工作”的芯片的數量。 3.ESD保護 通常,芯片會包含ESD保護,如果給芯片外部施加0.5V電壓,那么在1nm的介質上產生0.5mV/m的電場。這足以導致高壓電弧。對于封裝內的單個裸片,他們的目標是2kJ這樣的標準。 “ 如果你試圖最小化ESD,甚至在這些Wide I/O接口或任何類型的多芯片接口通道上消除它,這意味著你無法按照你針對單芯片的相同標準對每個芯片進行真正的測試。它們必須經過更專業的測試,因為它們的ESD保護很小,或者可能沒有ESD保護。” 即使在運行期間,ESD事件也可能導致問題。在便攜式電子產品中,ESD可以導致許多類型的軟錯誤。在ESD事件期間,電源供電網絡(PDN)上可能會引起噪聲,原因在于某些IC(振蕩器IC、CPU和其他IC)的靈敏度,或是PDN的場耦合。 4.磁場對半導體影響 隨著智能手機、平板電腦終端的多功能化,其所需要的電源電壓也涉及多種規格,因此電源電路用電感器的使用數量呈現增加趨勢。電源電路用一體成型電感的要求小尺寸且支持大電流,并且在智能手機等一些使用電池的設備中要求損耗低。 “ 電感在磁場中儲存能量來發揮其功能。但是,電感除受自身產生的電磁能量影響外,也受外部磁通量影響。保證元器件的電感值指的是無外部磁通量狀態下的值。因此,在存在外部磁通量的情況下封裝電感時,將可能無法發揮其應有的功效。” 因此,EMS是人們不得不擔心的新問題。能量注入測試是從150kHz開始注入1W能量,一直到1GHz。在每個頻率,你會向系統注入1W的能量。如果你沒有足夠的保護,就會沿著路徑進入芯片內部電路造成破壞,或者引腳上的電壓可能過高,如果電壓太高,就會產生過電應變。 5.開關電源 現在電源行業已從前三四年的市場低迷中走了出來,但開關電源市場競爭日趨激烈,我國電源企業僅僅依靠低成本制造在世界市場上已無優勢可言,與此同時,國外功率半導體供應商在電源行業的地位進一步加強。 雖然市場發展形勢被看好,但是在過去十多年,中國開關電源企業依靠低成本優勢,生產那些符合全球知名OEM企業質量和性能參數要求的產品,為取得成功,中國電源企業在眾多環節上做投資,越來越多的半導體生產商都采用嵌入式電源來降低產品成本,也使得功率越來越高。 “ 功率越高也隨之造成了電子元器件的發熱,而發熱帶來的問題不僅僅是手機在口袋里變熱。它會導致晶體管和它們之間的連接退化,這也直接影響半導體元器件的性能和可靠性。”

    時間:2020-10-21 關鍵詞: 芯片 esd 半導體元器件

  • 大功率變頻電源的技術應該如何創新

    大功率變頻電源的技術應該如何創新

    隨著對功率的大小不斷的追求,大功率變頻電源的技術也必須要創新,讓變頻電源變得更安全。輸出為純正弦波,波形失真率小,沒有干擾控制,精度高。能適應各種輸出負載,像阻性負載,容性負載,感性負載都能適應,適用的環境很廣。 1.變頻電源體積的縮小。隨著功率器件制造技術的發展,在大功率變頻電源中,為功率器件散熱而設計的散熱器要占很大的體積,從而使得大功率變頻電源的體積比較大。對于一些特殊的應用場合,比如電動汽車、電力機車等,要求變頻電源功率大、體積小,為此需要解決減小變頻電源功率器件散熱器體積的問題。 2.吸收電路的改善。一般情況下,三相變頻電源中需要6個大功率開關器件,在傳統的強迫換流(硬開關)條件下,和小功率變頻電源不同,每一個開關器件或者一個逆變橋臂上都需要一個吸收電路,此時的吸收電路需要較大電阻、電容和二極管,這不但增大了整個裝置體積和安裝難度,而且不能節約能源。研發不采用吸收電路又能保護功率器件的安全運行的拓撲結構,是變頻電源主電路拓撲結構研發的關鍵技術課題。 3.開關頻率的提高。如果能將變頻電源中功率器件的開關頻率在原有基礎上進一步大大提高,將會使變頻電源的性能得以進一步的改善。如輸出波形中的低次諧波被更有效地抑制、輸出電壓和電流將更趨于正弦波形、濾波器的尺寸將大大縮小等,特別是大功率的變頻電源,功率密度和性能將會得到很大的改善。 4.開關損耗的減少。由于大功率變頻電源功率器件開關過程損耗的絕對值很大,當需要提高開關頻率時,這種開關損耗將會更加明顯,所以,大部分的大功率變頻電源中功率器件的開關頻率都在幾個kHz。在某些特殊用途的變頻電源中,要求輸出頻率遠遠超過工頻,達到幾個kHz(2~5kHz),此時的開關頻率必須達到幾十kHz,所以,在變頻電源中如何減少由于開關頻率的提高而帶來的開關損耗,也是一個迫切需要解決的問題。

    時間:2020-10-21 關鍵詞: 開關頻率 開關損耗 大功率變頻電源

  • 大功率變頻電源的技術應該如何創新

    大功率變頻電源的技術應該如何創新

    隨著對功率的大小不斷的追求,大功率變頻電源的技術也必須要創新,讓變頻電源變得更安全。輸出為純正弦波,波形失真率小,沒有干擾控制,精度高。能適應各種輸出負載,像阻性負載,容性負載,感性負載都能適應,適用的環境很廣。 1.變頻電源體積的縮小。隨著功率器件制造技術的發展,在大功率變頻電源中,為功率器件散熱而設計的散熱器要占很大的體積,從而使得大功率變頻電源的體積比較大。對于一些特殊的應用場合,比如電動汽車、電力機車等,要求變頻電源功率大、體積小,為此需要解決減小變頻電源功率器件散熱器體積的問題。 2.吸收電路的改善。一般情況下,三相變頻電源中需要6個大功率開關器件,在傳統的強迫換流(硬開關)條件下,和小功率變頻電源不同,每一個開關器件或者一個逆變橋臂上都需要一個吸收電路,此時的吸收電路需要較大電阻、電容和二極管,這不但增大了整個裝置體積和安裝難度,而且不能節約能源。研發不采用吸收電路又能保護功率器件的安全運行的拓撲結構,是變頻電源主電路拓撲結構研發的關鍵技術課題。 3.開關頻率的提高。如果能將變頻電源中功率器件的開關頻率在原有基礎上進一步大大提高,將會使變頻電源的性能得以進一步的改善。如輸出波形中的低次諧波被更有效地抑制、輸出電壓和電流將更趨于正弦波形、濾波器的尺寸將大大縮小等,特別是大功率的變頻電源,功率密度和性能將會得到很大的改善。 4.開關損耗的減少。由于大功率變頻電源功率器件開關過程損耗的絕對值很大,當需要提高開關頻率時,這種開關損耗將會更加明顯,所以,大部分的大功率變頻電源中功率器件的開關頻率都在幾個kHz。在某些特殊用途的變頻電源中,要求輸出頻率遠遠超過工頻,達到幾個kHz(2~5kHz),此時的開關頻率必須達到幾十kHz,所以,在變頻電源中如何減少由于開關頻率的提高而帶來的開關損耗,也是一個迫切需要解決的問題。

    時間:2020-10-21 關鍵詞: 開關頻率 開關損耗 大功率變頻電源

  • 功率器件的前世今生

    功率器件的前世今生

    電力電子器件(Power Electronic Device),又稱為功率半導體器件,用于電能變換和電能控制電路中的大功率(通常指電流為數十至數千安,電壓為數百伏以上)電子器件。由于早期主要用于電力設備的電能變換和控制電路方面,因此得名“電力電子器件”。 Q:功率處理怎么理解? A:一般指的是變頻、變壓、變流、功率管理等電路處理動作。 Q:高電壓有多高?大電流有多大? A:電壓處理范圍通常為數百伏以上,電流為數十至數千安。 Q:典型的功率器件有哪些? A:Diode、GTR、Thyristor、SCR、GTO、MOSFET 、IGBT、MCT、IGCT、IECT、IPEM、PEBB等。 Q:功率器件這么多,如何分類? A:按照導通、關斷的受控情況可分為不可控、半控和全控型功率器件; 按照載流子導電情況可分為雙極型、單極型和復合型功率器件; 按照控制信號情況,可以分為電流驅動型和電壓驅動型功率器件。 電子管時代 1904年英國佛萊明在「愛迪生效應」的基礎上研制出了“熱離子閥”, 從而催生了世界上第一只電子管,稱為佛萊明管(真空二極檢波管),世界進入電子管時代。當時的佛萊明管只有檢波與整流的作用,性能并不穩定,主要用在通信和無線電領域。 真空管時代 1906年,為了提高真空二極管檢波靈敏度,德·福雷斯特在佛萊明的玻璃管內添加了柵欄式的金屬網,形成第三個極,從此二極管搖身一變,成為三極真空管,并兼具放大與振蕩的功能。 水銀整流器時代 1930年代-1950年代是水銀整流器迅速發展的30年,集聚整流、逆變、周波變流等功用,廣泛應用于電化學工業、電氣鐵道直流變電、直流電動機的傳動等領域。 第一代功率器件——半控型晶閘管時代 1947年,貝爾實驗室發明了由多晶鍺構成的點觸式晶體管,后又在硅材料上得到驗證,一場電子技術的革命開始了。 1957年,美國通用電氣公司發明了晶閘管,標志著電力電子技術的誕生,正式進入了以晶閘管為代表的第一代電力電子技術發展階段。當時的晶閘管主要用于相控電路,工作頻率一般低于400Hz,較水銀整流器,具有體積小、可靠性高、節能等優點。但只能控制導通,不能控制關斷的半控型特點在直流供電場合的使用顯得很雞肋,必須要加上電感、電容以及其他開關件才能強制換流,從而導致變流裝置整機體積增大、效率降低等問題的出現。 第二代功率器件——以GTO、BJT、MOSFET、IGBT為代表的全控型功率器件時代 1970年代,既能控制導通,又能控制關斷的全控型功率器件在集成電路技術的發展過程中應運而生,如門極可關斷晶閘管GTO、電力雙極型晶體管BJT、電力場效應晶體管功率MOSFET等,其工作頻率達到兆赫級,常被應用于直流高頻斬波電路、軟開關諧振電路、脈寬調制電路等。 到了1980年代后期,絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)出現,兼具MOSFET輸入阻抗高、驅動功率小、開關速度快和BJT通態壓降小、載流能力大、耐壓高的優點,因此在中低頻率、大功率電源中運用廣泛。 第三代功率器件——寬禁帶功率器件 隨著以硅材料為基礎的功率器件逐漸接近其理論極限值,利用寬禁帶半導體材料制造的電力電子器件顯示出比Si和GaAs更優異的特性,給功率半導體產業的發展帶來了新的生機。 2014年,美國奧巴馬政府連同企業一道投資1.4億美元在NCSU成立TheNext Generation Power Electronics Institute,發展新一代寬禁帶電力半導體器件。 相對于Si材料,使用寬禁帶半導體材料制造新一代的功率器件,可以變得更小、更快、更可靠和更高效。這將減少功率器件的質量、體積以及生命周期成本,允許設備在更高的溫度、電壓和頻率下工作,使得功率器件使用更少的能量卻可以實現更高的性能。

    時間:2020-10-21 關鍵詞: MOSFET 功率器件 gto bjt

  • 功率半導體器件有哪些?

    功率半導體器件有哪些?

    通常功率電子器件可以分為半控型器件、全控型器件和不可控型器件,其中晶閘管為半控型器件,承受電壓和電流容量在所有器件中最高;電力二極管為不可控器件,結構和原理簡單,工作可靠;還可以分為電壓驅動型器件和電流驅動型器件,其中GTO、GTR為電流驅動型器件,IGBT、電力MOSFET為電壓驅動型器件。電力電子器件(Power Electronic Device),又稱為功率半導體器件,用于電能變換和電能控制電路中的大功率(通常指電流為數十至數千安,電壓為數百伏以上)電子器件。 1. MCT (MOS Control led Thyristor):MOS控制晶閘管 MCT的等效電路圖 MCT 是一種新型MOS 與雙極復合型器件。如上圖所示。MCT是將 MOSFET 的高阻抗、低驅動圖 MCT 的功率、快開關速度的特性與晶閘管的高壓、大電流特型結合在一起,形成大功率、高壓、快速全控型器件。實質上MCT 是一個MOS 門極控制的晶閘管。它可在門極上加一窄脈沖使其導通或關斷,它由無數單胞并聯而成。它與GTR,MOSFET, IGBT,GTO 等器件相比,有如下優點: (1)電壓高、電流容量大,阻斷電壓已達3 000V,峰值電流達1 000 A,最大可關斷電流密度為6 000kA/ m2; (2)通態壓降小、損耗小,通態壓降約為11V; (3)極高的dv/dt和di/dt耐量,dv/dt已達 20 kV/s ,di/dt為2 kA/s; (4)開關速度快, 開關損耗小,開通時間約200ns,1 000 V 器件可在2 s 內關斷; 2. IGCT( Intergrated Gate Commutated Thyristors) IGCT 是在晶閘管技術的基礎上結合 IGBT 和GTO 等技術開發的新型器件,適用于高壓大容量變頻系統中,是一種用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導體器件。 IGCT 是將GTO 芯片與反并聯二極管和門極驅動電路集成在一起,再與其門極驅動器在外圍以低電感方式連接,結合了晶體管的穩定關斷能力和晶閘管低通態損耗的優點。在導通階段發揮晶閘管的性能,關斷階段呈現晶體管的特性。IGCT 芯片在不串不并的情況下,二電平逆變器功率0.5~ 3 MW,三電平逆變器 1~ 6 MW;若反向二極管分離,不與IGCT 集成在一起,二電平逆變器功率可擴至4 /5 MW,三電平擴至 9 MW。 目前,IGCT 已經商品化, ABB 公司制造的 IGCT 產品的最高性能參數為4[1] 5 kV / 4 kA ,最高研制水平為6 kV/ 4 kA。1998 年,日本三菱公司也開發了直徑為88 mm 的GCT 的晶閘管IGCT 損耗低、 開關快速等優點保證了它能可靠、高效率地用于300 kW~ 10 MW 變流器,而不需要串聯和并聯。 3. IEGT( Injection Enhanced Gate Transistor) 電子注入增強柵晶體管 IEGT 是耐壓達 4 kV 以上的 IGBT 系列電力電子器件,通過采取增強注入的結構實現了低通態電壓,使大容量電力電子器件取得了飛躍性的發展。IEGT 具有作為MOS 系列電力電子器件的潛在發展前景,具有低損耗、高速動作、高耐壓、有源柵驅動智能化等特點,以及采用溝槽結構和多芯片并聯而自均流的特性,使其在進一步擴大電流容量方面頗具潛力。另外,通過模塊封裝方式還可提供眾多派生產品,在大、中容量變換器應用中被寄予厚望。日本東芝開發的 IECT 利用了電子注入增強效應,使之兼有 IGBT 和 GTO 兩者的優點: 低飽和壓降,安全工作區(吸收回路容量僅為 GTO 的十分之一左右) ,低柵極驅動功率(比 GT O 低兩個數量級)和較高的工作頻率。器件采用平板壓接式電機引出結構,可靠性高, 性能已經達到4.5 kV/ 1 500A 的水平。 4. IPEM( Intergrated Power Elactronics Mod ules) :集成電力電子模塊 IPEM 是將電力電子裝置的諸多器件集成在一起的模塊。它首先是將半導體器件MOSFET, IGBT或MCT 與二極管的芯片封裝在一起組成一個積木單元,然后將這些積木單元迭裝到開孔的高電導率的絕緣陶瓷襯底上,在它的下面依次是銅基板、氧化鈹瓷片和散熱片。在積木單元的上部,則通過表面貼裝將控制電路、門極驅動、電流和溫度傳感器以及保護電路集成在一個薄絕緣層上。IPEM 實現了電力電子技術的智能化和模塊化,大大降低了電路接線電感、系統噪聲和寄生振蕩,提高了系統效率及可靠性 5. PEBB(Power Electric Building Block) : 典型的PEBB 電力電子積木PEBB ( Pow er Elect ric Building Block ) 是在IPEM 的基礎上發展起來的可處理電能集成的器件或模塊。PEBB 并不是一種特定的半導體器件,它是依照最優的電路結構和系統結構設計的不同器件和技術的集成。典型的PEBB 上圖所示。雖然它看起來很像功率半導體模塊,但PEBB 除了包括功率半導體器件外,還包括門極驅動電路、電平轉換、傳感器、保護電路、電源和無源器件。PEBB 有能量接口和通訊接口。 通過這兩種接口,幾個PEBB 可以組成電力電子系統。這些系統可以像小型的DC- DC 轉換器一樣簡單,也可以像大型的分布式電力系統那樣復雜。一個系統中, PEBB的數量可以從一個到任意多個。多個 PEBB 模塊一起工作可以完成電壓轉換、能量的儲存和轉換、陰抗匹配等系統級功能,PEBB 最重要的特點就是其通用性。 6.超大功率晶閘管 晶閘管(SCR)自問世以來,其功率容量提高了近3000倍。現在許多國家已能穩定生產8kV / 4kA的晶閘管。日本現在已投產8kV / 4kA和6kV / 6kA的光觸發晶閘管(LTT)。美國和歐洲主要生產電觸發晶閘管。近十幾年來,由于自關斷器件的飛速發展,晶閘管的應用領域有所縮小,但是,由于它的高電壓、大電流特性,它在HVDC、靜止無功補償(SVC)、大功率直流電源及超大功率和高壓變頻調速應用方面仍占有十分重要的地位。預計在今后若干年內,晶閘管仍將在高電壓、大電流應用場合得到繼續發展。 現在,許多生產商可提供額定開關功率36MVA ( 6kV/ 6kA )用的高壓大電流GTO。傳統GTO的典型的關斷增量僅為3~5。GTO關斷期間的不均勻性引起的“擠流效應”使其在關斷期間dv/dt必須限制在500~1kV/μs。為此,人們不得不使用體積大、昂貴的吸收電路。另外它的門極驅動電路較復雜和要求較大的驅動功率。到目前為止, 在高壓(VBR > 3.3kV )、大功率(0.5~20 MVA)牽引、工業和電力逆變器中應用得最為普遍的是門控功率半導體器件。目前,GTO的最高研究水平為6in、6kV / 6kA以及9kV/10kA。為了滿足電力系統對1GVA以上的三相逆變功率電壓源的需要,近期很有可能開發出10kA/12kV的GTO,并有可能解決30多個高壓GTO串聯的技術,可望使電力電子技術在電力系統中的應用方面再上一個臺階。 7.脈沖功率閉合開關晶閘管 該器件特別適用于傳送極強的峰值功率(數MW)、極短的持續時間(數ns)的放電閉合開關應用場合,如:激光器、高強度照明、放電點火、電磁發射器和雷達調制器等。該器件能在數kV的高壓下快速開通,不需要放電電極,具有很長的使用壽命,體積小、價格比較低,可望取代目前尚在應用的高壓離子閘流管、引燃管、火花間隙開關或真空開關等。 該器件獨特的結構和工藝特點是:門-陰極周界很長并形成高度交織的結構,門極面積占芯片總面積的90%,而陰極面積僅占10%;基區空穴-電子壽命很長,門-陰極之間的水平距離小于一個擴散長度。上述兩個結構特點確保了該器件在開通瞬間,陰極面積能得到100%的應用。此外,該器件的陰極電極采用較厚的金屬層,可承受瞬時峰值電流。 8.新型GTO器件-集成門極換流晶閘管 當前已有兩種常規GTO的替代品:高功率的IGBT模塊、新型GTO派生器件-集成門極換流IGCT晶閘管。IGCT晶閘管是一種新型的大功率器件,與常規GTO晶閘管相比,它具有許多優良的特性,例如,不用緩沖電路能實現可靠關斷、存貯時間短、開通能力強、關斷門極電荷少和應用系統(包括所有器件和外圍部件如陽極電抗器和緩沖電容器等)總的功率損耗低等。 9.高功率溝槽柵結構IGBT(Trench IGBT) 模塊 當今高功率IGBT模塊中的IGBT元胞通常多采用溝槽柵結構IGBT。與平面柵結構相比,溝槽柵結構通常采用1μm加工精度,從而大大提高了元胞密度。由于門極溝的存在,消除了平面柵結構器件中存在的相鄰元胞之間形成的結型場效應晶體管效應,同時引入了一定的電子注入效應,使得導通電阻下降。為增加長基區厚度、提高器件耐壓創造了條件。所以近幾年來出現的高耐壓大電流IGBT器件均采用這種結構。 1996年日本三菱和日立公司分別研制成功3.3kV/1.2kA 巨大容量的IGBT模塊。它們與常規的GTO相比,開關時間縮短了20%,柵極驅動功率僅為GTO的1/1000。1997年富士電機研制成功1kA/2.5kV平板型IGBT,由于集電、發射結采用了與GTO類似的平板壓接結構,采用更高效的芯片兩端散熱方式。特別有意義的是,避免了大電流IGBT模塊內部大量的電極引出線,提高了可靠性和減小了引線電感,缺點是芯片面積利用率下降。所以這種平板壓接結構的高壓大電流IGBT模塊也可望成為高功率高電壓變流器的優選功率器件。 10.電子注入增強柵晶體管IEGT(Injection Enhanced Gate Trangistor) 近年來,日本東芝公司開發了IEGT,與IGBT一樣,它也分平面柵和溝槽柵兩種結構,前者的產品即將問世,后者尚在研制中。IEGT兼有IGBT和GTO兩者的某些優點:低的飽和壓降,寬的安全工作區(吸收回路容量僅為GTO的1/10左右),低的柵極驅動功率(比GTO低2個數量級)和較高的工作頻率。加之該器件采用了平板壓接式電極引出結構,可望有較高的可靠性。 與IGBT相比,IEGT結構的主要特點是柵極長度Lg較長,N長基區近柵極側的橫向電阻值較高,因此從集電極注入N長基區的空穴,不像在IGBT中那樣,順利地橫向通過P區流入發射極,而是在該區域形成一層空穴積累層。為了保持該區域的電中性,發射極必須通過N溝道向N長基區注入大量的電子。這樣就使N長基區發射極側也形成了高濃度載流子積累,在N長基區中形成與GTO中類似的載流子分布,從而較好地解決了大電流、高耐壓的矛盾。目前該器件已達到4.5kV /1kA的水平。 11.MOS門控晶閘管 常用的功率半導體器件匯總 MOS門極控制晶閘管充分地利用晶閘管良好的通態特性、優良的開通和關斷特性,可望具有優良的自關斷動態特性、非常低的通態電壓降和耐高壓,成為將來在電力裝置和電力系統中有發展前途的高壓大功率器件。目前世界上有十幾家公司在積極開展對MCT的研究。 MOS門控晶閘管主要有三種結構:MOS場控晶閘管(MCT)、基極電阻控制晶閘管(BRT)及射極開關晶閘管(EST)。其中EST可能是 MOS門控晶閘管中最有希望的一種結構。但是,這種器件要真正成為商業化的實用器件,達到取代GTO的水平,還需要相當長的一段時間。 12.砷化鎵二極管 隨著變換器開關頻率的不斷提高,對快恢復二極管的要求也隨之提高。眾所周知,具有比硅二極管優越的高頻開關特性,但是由于工藝技術等方面的原因,砷化鎵二極管的耐壓較低,實際應用受到局限。為適應高壓、高速、高效率和低EMI應用需要,高壓砷化鎵高頻整流二極管已在Motorola 公司研制成功。與硅快恢復二極管相比,這種新型二極管的顯著特點是:反向漏電流隨溫度變化小、開關損耗低、反向恢復特性好。 13.碳化硅與碳化硅 ( SiC ) 功率器件 在用新型半導體材料制成的功率器件中,最有希望的是碳化硅 ( SiC ) 功率器件。它的性能指標比砷化鎵器件還要高一個數量級,碳化硅與其他半導體材料相比,具有下列優異的物理特點: 高的禁帶寬度,高的飽和電子漂移速度,高的擊穿強度,低的介電常數和高的熱導率。上述這些優異的物理特性,決定了碳化硅在高溫、高頻率、高功率的應用場合是極為理想的半導體材料。在同樣的耐壓和電流條件下,SiC器件的漂移區電阻要比硅低200倍,即使高耐壓的 SiC場效應管的導通壓降,也比單極型、雙極型硅器件的低得多。而且,SiC器件的開關時間可達10nS量級,并具有十分優越的 FBSOA。 SiC可以用來制造射頻和微波功率器件,各種高頻整流器,MESFETS、MOSFETS和JFETS等。SiC高頻功率器件已在Motorola公司研發成功,并應用于微波和射頻裝置。GE公司正在開發SiC功率器件和高溫器件(包括用于噴氣式引擎的傳感器)。

    時間:2020-10-21 關鍵詞: 硬件 電子元器件 器件工程

  • 功率電子器件應用要求以及概述

    功率電子器件應用要求以及概述

    盡管電力電子器件發展過程遠比我們現在描述的復雜,但是MOSFET和IGBT,特別是IGBT已經成為現代功率電子器件的主流。 一.功率電子器件及其應用要求 功率電子器件大量被應用于電源、伺服驅動、變頻器、電機保護器等功率電子設備。這些設備都是自動化系統中必不可少的,因此,我們了解它們是必要的。 近年來,隨著應用日益高速發展的需求,推動了功率電子器件的制造工藝的研究和發展,功率電子器件有了飛躍性的進步。器件的類型朝多元化發展,性能也越來越改善。大致來講,功率器件的發展,體現在如下方面: 1. 器件能夠快速恢復,以滿足越來越高的速度需要。以開關電源為例,采用雙極型晶體管時,速度可以到幾十千赫;使用MOSFET和IGBT,可以到幾百千赫;而采用了諧振技術的開關電源,則可以達到兆赫以上。 2. 通態壓降(正向壓降)降低。這可以減少器件損耗,有利于提高速度,減小器件體積。 3. 電流控制能力增大。電流能力的增大和速度的提高是一對矛盾,目前最大電流控制能力,特別是在電力設備方面,還沒有器件能完全替代可控硅。 4. 額定電壓:耐壓高。耐壓和電流都是體現驅動能力的重要參數,特別對電力系統,這顯得非常重要。 5. 溫度與功耗。這是一個綜合性的參數,它制約了電流能力、開關速度等能力的提高。目前有兩個方向解決這個問題,一是繼續提高功率器件的品質,二是改進控制技術來降低器件功耗,比如諧振式開關電源。 總體來講,從耐壓、電流能力看,可控硅目前仍然是最高的,在某些特定場合,仍然要使用大電流、高耐壓的可控硅。但一般的工業自動化場合,功率電子器件已越來越多地使用MOSFET和IGBT,特別是IGBT獲得了更多的使用,開始全面取代可控硅來做為新型的功率控制器件。 二.功率電子器件概覽 (1). 整流二極管: 二極管是功率電子系統中不可或缺的器件,用于整流、續流等。目前比較多地使用如下三種選擇: 1. 高效快速恢復二極管。壓降0.8-1.2V,適合小功率,12V左右電源。 2. 高效超快速二極管。0.8-1.2V,適合小功率,12V左右電源。 3. 肖特基勢壘整流二極管SBD。0.4V,適合5V等低壓電源。缺點是其電阻和耐壓的平方成正比,所以耐壓低(200V以下),反向漏電流較大,易熱擊穿。但速度比較快,通態壓降低。 目前SBD的研究前沿,已經超過1萬伏。 (2).大功率晶體管GTR 分為: 單管形式。電流系數:10-30。 雙管形式——達林頓管。電流倍數:100-1000。飽和壓降大,速度慢。下圖虛線部分即是達林頓管。 達林頓管應用 實際比較常用的是達林頓模塊,它把GTR、續流二極管、輔助電路做到一個模塊內。在較早期的功率電子設備中,比較多地使用了這種器件。圖1-2是這種器件的內部典型結構。 達林頓模塊電路典型結構 兩個二極管左側是加速二極管,右側為續流二極管。加速二極管的原理是引進了電流串聯正反饋,達到加速的目的。 這種器件的制造水平是1800V/800A/2KHz、600V/3A/100KHz左右(參考)。 (3). 可控硅SCR 可控硅在大電流、高耐壓場合還是必須的,但在常規工業控制的低壓、中小電流控制中,已逐步被新型器件取代。 目前的研制水平在12KV/8000A左右(參考)。 由于可控硅換流電路復雜,逐步開發了門極關斷晶閘管GTO。制造水平達到8KV/8KA,頻率為1KHz左右。 無論是SCR還是GTO,控制電路都過于復雜,特別是需要龐大的吸收電路。而且,速度低,因此限制了它的應用范圍拓寬。 集成門極換流晶閘管IGCT和MOS關斷晶閘管之類的器件在控制門極前使用了MOS柵,從而達到硬關斷能力。 (4). 功率MOSFET 又叫功率場效應管或者功率場控晶體管。 其特點是驅動功率小,速度高,安全工作區寬。但高壓時,導通電阻與電壓的平方成正比,因而提高耐壓和降低高壓阻抗困難。 適合低壓100V以下,是比較理想的器件。 目前的研制水平在1000V/65A左右(參考)。商業化的產品達到60V/200A/2MHz、500V/50A/100KHz。是目前速度最快的功率器件。 (5). IGBT 又叫絕緣柵雙極型晶體管。 這種器件的特點是集MOSFET與GTR的優點于一身。輸入阻抗高,速度快,熱穩定性好。通態電壓低,耐壓高,電流大。 目前這種器件的兩個方向:一是朝大功率,二是朝高速度發展。大功率IGBT模塊達到1200-1800A/1800-3300V的水平(參考)。速度在中等電壓區域(370-600V),可達到150-180KHz。 它的電流密度比MOSFET大,芯片面積只有MOSFET的40%。但速度比MOSFET低。

    時間:2020-10-21 關鍵詞: 晶體管 整流二極管 功率電子器件

  • 功率半導體器件的簡要概述,你值得了解

    功率半導體器件的簡要概述,你值得了解

    說道功率半導體,早期的功率半導體器件:大功率二極管、晶閘管等等,主要用于工業和電力系統(正因如此,早期才被稱為電力電子器件)半導體器件,以前也被稱為電力電子器件,簡單來說,就是進行功率處理的,具有處理高電壓,大電流能力的半導體器件。給個數量吧,電壓處理范圍從幾十V~幾千V,電流能力最高可達幾千A。典型的功率處理,包括變頻、變壓、變流、功率管理等等。 功率半導體器件,嘿嘿,本人的本行。后來,隨著以功率MOSFET器件為代表的新型功率半導體器件的迅速發展,現在功率半導體器件已經非常廣泛啦, 在計算機、通行、消費電子、汽車電子 為代表的4C行業(computer、communication、consumer electronics、cartronics),功率半導體器件可以說是越來越火,現在不是要節能環保嗎,低碳生活,那就需要對能量的處理進行合理的管理,power是啥?通俗的理解不就是功率P=IV 嗎,所以就需要對電壓電流的運用進行有效的控制,這就與功率器件密不可分! 功率管理集成電路(Power Management IC,也被稱為電源管理IC)已經成為功率半導體器件的熱點,發展非常迅速噢! 功率半導體器件,在大多數情況下,是被作為開關使用(switch),開關,簡單的說,就是用來控制電流的 通過 和 截斷。 那么,一個理想的開關,應該具有兩個基本的特性: 1,電流通過的時候,這個理想開關兩端的電壓降是零 2,電流截斷的時候,這個理想開關兩端可以承受的電壓可以是任意大小,也就是0~無窮大 因此,功率半導體器件的研究和發展,就是圍繞著這個目標不斷前進的。現在的功率半導體器件,已經具有很好的性能了,在要求的電壓電流處理范圍內,可以接近一個比較理想的開關。 好了,扯了這么多,舉幾個功率半導體器件的例子吧,剛才已經說了,功率二極管,晶閘管,還有功率BJT(就是功率雙極型晶體管)這些都是第一代產品了,比較老的了,第二代是以功率MOSFET為代表的新型功率半導體器件,如VDMOS、LDMOS,以及IGBT。 VDMOS 即(vertical double-diffusion MOSFET)是縱向器件,多用于分立器件;LDMOS 即(Lateral double-diffusion MOSFET),是橫向器件,其三個電極均在硅片表面,易于集成,多用于功率集成電路領域。 IGBT 即 (Insulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵雙極型晶體管),可以看作是功率MOS和功率BJT的混合型新器件。 IGBT目前非常火啊,國內才剛剛起步,大量需要IGBT的高技術人才,這個有錢途的。

    時間:2020-10-21 關鍵詞: 晶閘管 二極管 功率半導體器件

  • 碳化硅功率器件特性,你應該有所了解?

    碳化硅功率器件特性,你應該有所了解?

    今天我們來聊了聊有關碳化硅作為高壓低損耗的功率半導體器件材料的潛力 1 功率器件要求 功率半導體器件作為功率變換系統的核心器件,目前應用最多的仍舊是 IGBT,在很多時候還需要搭配合適的反向并聯二極管。任何情況下,功率器件都是在"導通"和"截止"兩個狀態之間切換,類似于集成電路中的邏輯器件,通過切換來達到電力轉換的需求,切換頻率一般在 1kHz~100kHz 的范圍內。 在功率轉換系統中,比如說逆變電路,我們都希望開關器件的導通和截止狀態下都是理想的,即導通狀態下電壓為零;在截止狀態下,漏電流為零(擊穿電壓無限大)。這顯然是不可能的,實際的器件表現出有限的電阻和有限的漏電流(以及擊穿電壓存在最大值的限制),這也是導通損耗和關斷損耗的主要原因。另外,在開關的過程中的瞬態行為都會存在開關損耗。 下圖是開關器件以及二極管的理想狀態和實際狀態的對比圖: 現實與理想的差異,對于功率器件的主要要求包括: ?低導通電壓(低導通電阻) ?低漏電流 ?能夠以最小的電流 / 電壓進行快速切換 這些與導通損耗、關斷損耗和開關損耗有著直接的關系。除此之外, ?較大的安全工作區域(魯棒性)和可靠性也是極為重要! 而在這些方面,SiC 表現出了巨大的發展潛力。 2 電場強度、導通電阻 下圖是相同擊穿電壓下 SiC 和 Si 的單側突變結中的電場分布: 可見,SiC 的擊穿電場強度是 Si 的 10 倍左右,所以 SiC 功率器件中的電壓阻擋層的厚度可以是 Si 器件中的 1/10。并且其摻雜濃度也可以高出兩個數量級,因此在任何給定的阻斷電壓下,SiC 代替 Si 的單極器件中可以將漂移層的電阻降低 2~3 個數量級。 這一特點對于高壓場合顯得尤為重要,漂移層電阻 Rdrift 與阻斷電壓 VB 的(2~2.5,這個系數需要綜合考慮來確定)成比例,并且也是覺得器件總導通電阻 Ron 的主要因素。 沒有內置電壓的功率器件的導通損耗 Pon,由 Ron*J2on 決定,其中 Jon 是導通電流密度(在額定電流下一般為 100~300A/cm2)。因此,SiC 器件極低的抗漂移性有助于降低導通損耗。 下圖是 Si 和 SiC 單極器件的最小導通電阻(漂移層電阻)相對于阻斷電壓的曲線: 最小導通電阻我們可以由下式得出: Rdrift=4VB2/(ηεμEB3) 其中,ε、μ和 EB 分別是介電常數、遷移率和擊穿場強;η是室溫下摻雜劑的電離率(“2 次方”是上文提到的系數)。 在輕摻雜的 n 型 SiC 中,由于氮供體相對較淺,η約為 0.85~1.0。這對于寬帶隙半導體尤為重要,在寬帶隙半導體中經常會觀察到摻雜劑的不完全電離,實際上,由于室溫下鋁受體的空穴遷移率較低并且離子化率小,所以 p 型 SiC 肖特基二極管和功率 MOS 無法與 Si 基競爭。 3 "快速"切換 SiC 功率器件的另一個重要特點就是快速切換,反向恢復小,能夠滿足更高的頻率。中高壓應用中,Si 基的雙極型器件通過少數載流子的注入,電導率調制能夠顯著的降低導通電阻。但是,雙極型器件存在少數載流子存儲的原因,導致開關速度較慢以及關斷操作中的反向恢復大。而,這些應用中,SiC 單極器件由于導通電阻很低并且不存在少數載流子存儲,可以成為較理想的選擇。SiC 雙極型器件也可以提供快速切換,因為電壓阻擋區的厚度薄了約 10 倍(上面提到過),與 Si 的雙極型器件相比,該區域中存儲的電荷相應地小了約 10 倍。 4 高結溫和工藝技術 由于帶隙寬和化學穩定性,使用 SiC 器件的設備可以在高溫(>250℃)下運行,這一點在當下的應用中無疑十分吸引人,更高的溫度上限可以優化散熱裝置,而 SiC 器件本身甚至可以在 500℃或更高的溫度下運行。 而封裝技術是 SiC 功率器件發展的另一個重要問題。 比如,由于摻雜劑在 SiC 中極小的擴散常數,通過擴散工藝進行雜質摻雜很難實現,所以一般通過外延生長或者離子注入來進行摻雜; 在 SiC 中,即使在高溫活化退火之后,高密度的深能級和擴展的缺陷仍保留在離子注入區以及注入尾部內,這導致注入結附近的載流子壽命很短(<0.1us),這不利于雙極型器件,所以有效的載流子注入和擴散是必不可少的。 所以,SiC 雙極型器件中的 pn 結僅通過外延生長來制造,但是對于制造 SBD 和 MOSFET 之類的 SiC 單極器件,由于其通過注入結可以獲得幾乎理想的擊穿特性,并且單極器件的正常工作中并不涉及載流子注入,所以離子注入比較有用。 (摻雜等可以查看之前的推送) 5 更高的電壓等級 下圖是 Si 基和 SiC 基的單極 / 雙極型功率器件的電壓等級分布: 對于 Si 基功率器件,單極和雙極器件的分界線在 300~600V,而在 SiC 功率器件中,這個邊界向后移動了大約 10 倍的阻斷電壓,即幾 kV。預計 SiC 將在 300V~6500V 的阻斷電壓范圍內替代 Si 的雙極型器件,并且 SiC 的雙極型器件在 10kV 以上的超高壓應用中也是"魅"不可擋。 可見,SiC 的發展不僅在于其本身的特性,還在于外部因素的適配。當然,隨著時間的推移,這些都將會逐一解決!

    時間:2020-10-20 關鍵詞: igbt 功率器件 sic mos

  • 功率器件結溫和殼頂溫度一樣嗎?

    功率器件結溫和殼頂溫度一樣嗎?

    通常我們對于一種特定器件,可以使用上述靜態的方式,結合紅外熱成像測溫儀,校核它們之間的差值,然后在實際的測量中,使用這個差值來得到結溫。 測量和校核開關電源、電機驅動以及一些電力電子變換器的功率器件結溫,如 MOSFET 或 IGBT 的結溫,是一個不可或缺的過程,功率器件的結溫與其安全性、可靠性直接相關。測量功率器件的結溫常用二種方法: 1、熱電偶 2、紅外熱成像測溫儀 為了提高熱電偶的測量精度,需要對其做精確的溫度補償;熱電偶本身要用特定的粘膠固定在測量器件的表面,固定的方式和接觸面積都會影響測量的精度;相對于測量的功率器件,如果熱電偶接觸面積大,本身相當于散熱器的作用,會嚴重的影響測量精度。 紅外熱成像儀不需要和器件接觸,因此測量過程對測量的精度幾乎沒有影響,因此近年來獲得大量的使用。紅外熱成像測溫儀得到溫度如圖 3 所示,溫度最高的點為功率器件,那么這個溫度是功率器件的結溫,還是功率器件塑料外殼頂部的溫度? 圖 3:紅外熱成像測溫儀測量溫度 毫無疑問,測量的這個溫度是功率器件塑料外殼頂部,那么這個溫度和功率器件內部硅片的結溫一樣嗎?當然不一樣,功率器件內部硅片的結溫高于塑料外殼頂部的溫度。結溫和殼頂溫度差多少? 數據表中,RthJC 是結到殼(底部銅皮)的熱阻,不是結到殼頂的熱阻,如下表所示。RthJT+RthTA 遠遠大于 RthJC+ RthCA,只有很少的一部分熱量從殼頂導出,因此結溫和殼頂溫度差異很小。 DFN5*6 TO220F 沒有簡單的方法來估算這個差值,仿真的差值如下圖所示。不同的封閉類型、不同的外殼材料等因素都會影響到這個差值,經驗值通常取 5-10℃左右。 經常有工程師問到這樣的問題,如何才能準確的測量到功率器件內部硅片的結溫? 靜態的條件下,可以測量功率器件內部寄生的二極管的壓降,通過校核的結溫曲線,查到相應的內部硅片的結溫。在實際電路工作的條件下,不太可能測量內部寄生的二極管的壓降,因此實時的測量內部硅片的結溫也不太現實。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 功率器件 電機驅動 殼頂溫度

  • 如何讀懂功率器件,教你從小白變大神的進階之路

    如何讀懂功率器件,教你從小白變大神的進階之路

    隨著以硅材料為基礎的功率器件逐漸接近其理論極限值,利用寬禁帶半導體材料制造的電力電子器件顯示出比 Si 和 GaAs 更優異的特性,給功率半導體產業的發展帶來了新的生機。 功率器件,也被稱為電力電子器件,簡單來說,就是具有處理高電壓、大電流能力的功率型半導體器件。由于早期主要用于電力設備的電能變換和控制電路方面,因此得名“電力電子器件”。 Q:功率處理怎么理解? A:一般指的是變頻、變壓、變流、功率管理等電路處理動作。 Q:高電壓有多高?大電流有多大? A:電壓處理范圍通常為數百伏以上,電流為數十至數千安。 Q:典型的功率器件有哪些? A:Diode、GTR、Thyristor、SCR、GTO、MOSFET 、IGBT、MCT、IGCT、IECT、IPEM、PEBB 等。 Q:功率器件這么多,如何分類? A:按照導通、關斷的受控情況可分為不可控、半控和全控型功率器件;按照載流子導電情況可分為雙極型、單極型和復合型功率器件;按照控制信號情況,可以分為電流驅動型和電壓驅動型功率器件。 如果想學習功率器件相關知識,有推薦的資料或書籍嗎? 細細想來,作為一名“攻城獅”,在初學階段用的是 Prof. Ned Mohan 寫的那本經典的《Power Electronics:Converters, Applications and Design》,其中功率半導體章節不算多,但是寫的很細致,細細讀完可以掌握幾種常見的功率器件基本原理。在此基礎上,看了 Prof. Jayant Baliga 的《Fundamentals of PowerSemiconductor Devices》和 Prof. Josef Lutz 的《Semiconductor Power Devices》的穩定性相關部分。小伙伴們,如果有好的書籍可以在留言區分享給我們哦。 功率器件發展史 電子管時代 1904 年英國佛萊明在「愛迪生效應」的基礎上研制出了“熱離子閥”, 從而催生了世界上第一只電子管,稱為佛萊明管(真空二極檢波管),世界進入電子管時代。當時的佛萊明管只有檢波與整流的作用,性能并不穩定,主要用在通信和無線電領域。 真空管時代 1906 年,為了提高真空二極管檢波靈敏度,德·福雷斯特在佛萊明的玻璃管內添加了柵欄式的金屬網,形成第三個極,從此二極管搖身一變,成為三極真空管,并兼具放大與振蕩的功能。 水銀整流器時代 1930 年代 -1950 年代是水銀整流器迅速發展的 30 年,集聚整流、逆變、周波變流等功用,廣泛應用于電化學工業、電氣鐵道直流變電、直流電動機的傳動等領域。 第一代功率器件——半控型晶閘管時代 1947 年,貝爾實驗室發明了由多晶鍺構成的點觸式晶體管,后又在硅材料上得到驗證,一場電子技術的革命開始了。 1957 年,美國通用電氣公司發明了晶閘管,標志著電力電子技術的誕生,正式進入了以晶閘管為代表的第一代電力電子技術發展階段。當時的晶閘管主要用于相控電路,工作頻率一般低于 400Hz,較水銀整流器,具有體積小、可靠性高、節能等優點。但只能控制導通,不能控制關斷的半控型特點在直流供電場合的使用顯得很雞肋,必須要加上電感、電容以及其他開關件才能強制換流,從而導致變流裝置整機體積增大、效率降低等問題的出現。 第二代功率器件——以 GTO、BJT、MOSFET、IGBT 為代表的全控型功率器件時代 1970 年代,既能控制導通,又能控制關斷的全控型功率器件在集成電路技術的發展過程中應運而生,如門極可關斷晶閘管 GTO、電力雙極型晶體管 BJT、電力場效應晶體管功率 MOSFET 等,其工作頻率達到兆赫級,常被應用于直流高頻斬波電路、軟開關諧振電路、脈寬調制電路等。 到了 1980 年代后期,絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)出現,兼具 MOSFET 輸入阻抗高、驅動功率小、開關速度快和 BJT 通態壓降小、載流能力大、耐壓高的優點,因此在中低頻率、大功率電源中運用廣泛。 各功率器件功率頻譜(左)&耐壓功率(右)對比圖 (圖片來源:知乎) 第三代功率器件——寬禁帶功率器件 2014 年,美國奧巴馬政府連同企業一道投資 1.4 億美元在 NCSU 成立 TheNext Generation Power Electronics Institute,發展新一代寬禁帶電力半導體器件。 相對于 Si 材料,使用寬禁帶半導體材料制造新一代的功率器件,可以變得更小、更快、更可靠和更高效。這將減少功率器件的質量、體積以及生命周期成本,允許設備在更高的溫度、電壓和頻率下工作,使得功率器件使用更少的能量卻可以實現更高的性能。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 半導體器件 電力電子器件

首頁  上一頁  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 下一頁 尾頁
發布文章
必威